star-ccm+冷却水套流动和应力计算教程

发动机水套流动及流固耦合换热和应力分析主要内容概述流固耦合换热的概念和应用CFD求解耦合换热的案例及意义利用STAR-CCM+进行发动机水套CFD分析发动机水套流动和换热CFD分析整体解决方案水套内纯流动问题CFD分析六缸完整水套等温定常流动(案例1)水套流固耦合换热CFD分析单缸非等温定常流动(案例2)单缸非等温热应力分析(案例3)流固耦合换热的概念和应用流固耦合换热--流体和固体之间的换热过程，也叫共轭换热应用领域—汽车、化工、能源、动力、航空、航天等CFD求解耦合换热的案例及意义发动机—水套内流动发动机—温度分布涡轮应用—温度分布换热器CFD求解耦合换热的案例及意义流体温度固体温度发动机排气歧管涡轮—流动利用STAR-CCM+进行发动机水套CFD分析为什么采用STAR-CCM+？前处理—包面的优势、方便的网格参数设置、自动化的网格生成网格特点—多面体网格的优势求解器—高精度后处理—计算监控和后处理的一体化，实时显示生成report—提供丰富的关键参数report生成功能，便于分析计算结果利用STAR-CCM+进行发动机水套CFD分析发动机水套的STAR-CCM+解决方案水套内纯流动过程模拟主要考察整体压力损失和局部流动死区水套流固耦合换热过程模拟主要考察共轭换热情况，研究换热效率水套流固耦合热应力分析主要考察水套固体热应力分布情况利用STAR-CCM+进行发动机水套CFD分析基本操作流程导入几何网格参数生成网格特征线包面划分边界表面重构前处理模型边界物理模型边界条件求解设置计算监控监控参数后处理生成Report执行计算按需执行六缸完整水套等温定常流动(案例1)几何模型的导入进口出口检查网格质量，如有必要，可进行包面处理。六缸完整水套等温定常流动(案例1)重新生成面网格面网格尺寸边界层(层数,厚度,增长因子)2~10mm2层,1mm,1.5六缸完整水套等温定常流动(案例1)生成多面体类型的体网格网格数为542921；进出口拉伸层为10层(总长度20mm)六缸完整水套等温定常流动(案例1)选择物理模型稳态计算湍流模型：K-Epsilon壁面处理：Two-layerAlly+WallTreatment求解器：SegregatedFlow模型参数修改-液态水的物理属性(80℃)密度：971.8kg/m3动力黏度：3.551e-4Pa.s六缸完整水套等温定常流动(案例1)边界条件及求解设置进口：速度进口（2m/s）出口：压力出口进出口拉伸层壁面：滑移壁面其它边界均按缺省设置给定求解器参数按缺省设置给定（实际可根据具体情况设定）六缸完整水套等温定常流动(案例1)后处理的相关设定建立三个截面，分别得到三个截面的速度标量云图在进口处做一个report（面积平均的压力），监控计算收敛情况AABCBC六缸完整水套等温定常流动(案例1)结果展示A-AB-BC-C进口压力监控曲线单缸非等温定常流动(案例2)几何模型的导入(固体)检查网格质量，如有必要，可进行包面处理。进水口出水口边界划分单缸非等温定常流动(案例2)实际模拟时，应仔细划分边界，并按照实验结果尽量准确地给定边界条件进气道和排气道螺栓缸盖底1.缸盖底2.进气道3.排气道4.上表面及侧面5.螺栓孔6.其它网格重构表面网格大小2-10mm单缸非等温定常流动(案例2)单缸非等温定常流动(案例2)封闭流体域的进出口封闭两孔，边界分别命名为inlet和outlet单缸非等温定常流动(案例2)通过拓扑分割将流体和固体区域分开固体区域流体区域单缸非等温定常流动(案例2)生成多面体类型的体网格边界层(层数,厚度,增长因子)2层,1mm,1.2进出口拉伸，拉伸长度10mm不考虑沸腾—单缸非等温定常流动(案例2)流体域物理模型稳态计算湍流模型：K-Epsilon壁面处理：Two-layerAlly+WallTreatment温度：SegregatedFluidTemperature求解器：SegregatedFlow固体域物理模型稳态计算温度：SegregatedSolidEnergy模型参数修改液态水密度：971.8kg/m3液态水动力黏度：3.551e-4Pa.s液态水导热系数：0.674W/m.K固体材料：不锈钢可以给定物性为温度的函数不考虑沸腾—单缸非等温定常流动(案例2)流体边界条件进口：速度进口（4m/s，353K）出口：压力出口固体边界条件缸盖底：环境温度700K，换热系数450W/m2.K进气道：环境温度320K，换热系数300W/m2.K排气道：环境温度550K，换热系数380W/m2.K上表面及侧面：环境温度340K，换热系数100W/m2.K其它：缺省设置（绝热）单缸非等温定常流动(案例2)结果展示固体温度流体温度单缸非等温热应力分析(案例3)固体域物理模型稳态计算温度：SegregatedSolidEnergySolidstressLinearIsotropicElastic边界条件螺栓孔Fix缸盖底NormalDisplacement其他默认单缸非等温热应力分析(案例3)结果展示考虑沸腾—单缸非等温瞬态流动(案例4)考虑沸腾模拟，网格仍采用案例2的模型，固体区物理模型不变，流体域物理模型为:瞬态计算：ImplicitUnsteadyBoilingSurfaceTensionGravity湍流模型：K-Epsilon壁面处理：Two-layerAlly+WallTreatment温度：SegregatedMulti-PhaseTemperature求解器：SegregatedFlowMulti-PhaseEquationofStateVolumeofFluid(VOF)EulerianMultiphaseMulti-PhaseMixture考虑沸腾—单缸非等温瞬态流动(案例4)固体边界条件同案例2，流体边界条件为进口：速度进口（4m/s，353K，VolumeFractionofWater：1.0）出口：压力出口（VolumeFractionofWater：1.0）初始条件：流体速度：0m/s流体/固体温度：353K流体区VolumeFractionofWater：1.0求解参数时间步长：0.1s计算时间：100s其它参数按默认设置考虑沸腾—单缸非等温瞬态流动(案例4)后处理的相关设定建立VOF的等值面，可基于此等值面显示其它标量（如压力）的云图，以此来观察气泡的产生。考虑沸腾—单缸非等温瞬态流动(案例4)输出流体跟固体界面的换热系数考虑沸腾—单缸非等温瞬态流动(案例4)结果展示(t=21.5s)流体温度等值面压力(isovalue=0.2)考虑沸腾—单缸非等温瞬态流动(案例4)固体/流体界面换热系数水蒸气的体积含量